Eksperimen: Kesan suhu terhadap kadar tindak balas

Suhu ialah salah satu daripada empat faktor yang diminta bab Kadar Tindak Balas Tingkatan 4 untuk disiasat, dan ia memberi salah satu keputusan paling jelas dalam seluruh sukatan pelajaran. Kaedahnya mencerminkan eksperimen kepekatan tetapi menukar pemboleh ubah yang berbeza, jadi ia cara yang baik untuk berlatih mereka bentuk ujian adil yang hanya mengubah satu perkara. Panduan ini menyusun tujuan, kaedah, pemerhatian yang dijangka, dan kemahiran Kertas 3 yang dihargai dalam pentaksiran amali.

Tujuan

Untuk menyiasat bagaimana suhu mempengaruhi kadar tindak balas antara marmar (kalsium karbonat) dan asid hidroklorik cair, diukur melalui masa yang diambil untuk mengumpul isi padu tetap gas karbon dioksida.

Radas dan bahan

• Kelalang kon
• Picagari gas, atau silinder penyukat dan besen untuk mengumpul gas melalui air
• Salur penghantar dengan penyumbat yang muat pada kelalang kon
• Termometer
• Kukus air atau bikar air untuk memanaskan asid
• Penunu Bunsen, tungku kaki tiga dan kasa (atau plat panas)
• Jam randik
• Silinder penyukat (contohnya 50 cm³)
• Neraca elektronik
• Ketulan marmar (kalsium karbonat) yang bersaiz hampir sama
• Asid hidroklorik cair dengan satu kepekatan yang tetap

Prosedur

1. Sukat isi padu tetap asid hidroklorik cair ke dalam kelalang kon menggunakan silinder penyukat.
2. Panaskan asid dalam kukus air ke suhu pilihan pertama dan catat suhunya dengan termometer.
3. Timbang jisim tetap ketulan marmar yang bersaiz hampir sama.
4. Masukkan ketulan marmar ke dalam asid, segera pasang penyumbat dan salur penghantar yang disambung ke picagari gas, dan mulakan jam randik serta-merta.
5. Catat masa yang diambil untuk mengumpul isi padu tetap karbon dioksida, contohnya 20 cm³.
6. Cuci kelalang dan ulang langkah 1 hingga 5 pada beberapa suhu berbeza, dengan mengekalkan isi padu dan kepekatan asid serta jisim dan saiz ketulan marmar yang sama.
7. Bagi setiap suhu, kira kadar sebagai satu dibahagi masa yang diambil, dan plot kadar melawan suhu.

Pemerhatian yang dijangka

Pada setiap suhu, pembuihan kelihatan apabila karbon dioksida dibebaskan dan omboh picagari gas bergerak keluar. Pada suhu yang lebih tinggi, pembuihan lebih rancak dan isi padu tetap gas terkumpul dalam masa yang lebih singkat. Apabila suhu meningkat, masa yang diambil berkurang, jadi kadar yang dikira (satu dibahagi masa) meningkat. Graf kadar melawan suhu menaik, menunjukkan tindak balas menjadi lebih cepat apabila asid menjadi lebih panas.

Inferens dan kesimpulan

Semakin singkat masa untuk mengumpul isi padu tetap gas, semakin cepat kadar tindak balas. Suhu yang lebih tinggi memberi masa yang lebih singkat dan oleh itu kadar yang lebih cepat. Teori perlanggaran menerangkan sebabnya: apabila asid dipanaskan, zarahnya memperoleh tenaga kinetik dan bergerak lebih cepat, jadi ia berlanggar dengan marmar lebih kerap; pada masa yang sama, lebih banyak pecahan perlanggaran mempunyai tenaga sama atau lebih besar daripada tenaga pengaktifan, jadi lebih banyak perlanggaran berkesan. Kesimpulannya, kadar tindak balas meningkat apabila suhu meningkat.

Kemahiran proses sains (gaya Kertas 3)

Menyatakan hipotesis. Apabila suhu asid meningkat, kadar tindak balas meningkat. Hipotesis mengaitkan pemboleh ubah dimanipulasi dengan pemboleh ubah bergerak balas.

Mengenal pasti pemboleh ubah. Pemboleh ubah dimanipulasi ialah suhu asid. Pemboleh ubah bergerak balas ialah kadar tindak balas, diperoleh daripada masa untuk mengumpul isi padu tetap gas. Pemboleh ubah dimalarkan ialah isi padu dan kepekatan asid serta jisim dan saiz ketulan marmar.

Menjadualkan data. Lukis jadual dengan lajur untuk suhu, masa yang diambil, dan kadar (satu dibahagi masa), mencatat suhu pada ketepatan termometer dan masa pada ketepatan jam randik.

Melukis graf. Plot kadar (paksi-y) melawan suhu (paksi-x). Trend menaik menunjukkan kadar naik dengan suhu. Garis padanan terbaik yang licin melalui titik menunjukkan hubungan.

Membuat definisi secara operasi. Kadar tindak balas ditakrifkan secara operasi sebagai satu dibahagi masa yang diambil untuk mengumpul isi padu tetap gas karbon dioksida.

Membuat inferens. Tindak balas lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi kerana zarah bergerak lebih cepat dan lebih banyak pecahan perlanggarannya mempunyai tenaga cukup untuk bertindak balas, penerangan teori perlanggaran yang diharapkan skema pemarkahan.

Langkah keselamatan

• Pakai gogal keselamatan, kerana asid hidroklorik cair merengsa dan boleh mencederakan mata jika terpercik.
• Kendalikan asid panas dan kaca panas dengan berhati-hati, dan guna penyepit atau alas tahan haba, kerana lecur dan melecur ialah risiko semasa memanaskan asid.
• Jangan panaskan kelalang secara terus dengan penyumbat tertutup, kerana gas dan wap yang terperangkap membina tekanan; panaskan asid dalam kukus air dahulu, kemudian masukkan ketulan.
• Basuh sebarang percikan asid daripada kulit dengan segera menggunakan banyak air, kerana asid merengsa.

Ralat lazim

• Memasukkan ketulan sebelum mencatat suhu. Tindak balas bermula sebelum suhu diketahui; catat suhu asid sebaik sebelum menambah marmar.
• Membiarkan asid menyejuk semasa larian. Suhu berubah, jadi ujian tidak adil; bekerja dengan cepat, atau kekalkan kelalang dalam kukus air pada suhu yang ditetapkan.
• Lewat memasang penyumbat. Gas terlepas dan bacaan masa salah; masukkan ketulan dan sambung radas dengan cepat, memulakan jam randik ketika ketulan masuk.
• Menukar jisim atau saiz marmar. Ini mengubah luas permukaan, iaitu pemboleh ubah kedua; gunakan jisim dan ketulan bersaiz hampir sama setiap kali.
• Mengelirukan masa dengan kadar. Masa yang lebih singkat bermakna kadar yang lebih cepat; plot kadar (satu dibahagi masa), bukan masa, jika soalan meminta kadar melawan suhu.

Cara guru kami menggunakan eksperimen ini

Dalam kelas Kimia SPM satu-ke-satu, diajar dalam bahasa Inggeris dari RM50 sejam, kami menggunakan eksperimen ini untuk mengukuhkan jawapan teori perlanggaran dua bahagian yang dituntut soalan suhu: zarah bergerak lebih cepat dan berlanggar lebih kerap, dan lebih banyak pecahan perlanggaran mempunyai tenaga cukup untuk bertindak balas. Ramai pelajar hanya memberi bahagian pertama dan kehilangan satu markah. Kami juga mengulang menukar masa kepada kadar, yang menyusahkan pelajar yang tersilap memplot masa. Kerana kadar muncul merentasi Kimia SPM dan ini amali Kertas 3 yang piawai (Kertas 3 ialah Ujian Amali yang menaksir kemahiran proses sains), kaedah yang kemas dan penerangan lengkap di sini melindungi markah merentasi kertas.